航空摄影测量与RTK、全站仪联合测绘地形图的技巧与分析

于水

(新疆维吾尔自治区有色地质勘查局地球物理探矿队 乌鲁木齐 830011）

1 航片部分

航空摄影测量原理：测绘航空摄影指在航空器（飞机、直升机、飞艇、气球等）上安装航空摄影仪，从空中对地球表面进行摄影，简称为航空摄影或航摄，并利用光学与数码相机摄影得到的影像，研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质和相互关系的一门科学和技术。航空摄影测量的主要任务是测制各种比例尺的地形图和摄影地图、建立地形数据库，并为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。

2 无棱镜测距技术原理

无棱镜全站仪测距方法有两种：

⑴相位法：使用的是连续信号，通过用不同的频率来调制载波信号，从而测出发射和接收信号之间的相位差，继而求出被测距离；

⑵脉冲法：通过用测量时发射和接收信号之间的时间间隔来计算所测的距离，经过多次测量得出平均距离。

两种测距原理与有棱镜测距原理相同。

3 GNSS（RTK）定位原理

GNSS（RTK）定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，来确定待测点的位置。

常规的GNSS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得高精度的结果，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分（Realtimekinematic）方法，是GNSS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图、各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。

高精度的GNSS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给移动站。移动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GNSS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。移动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求解。在固定整周未知数以后（得到固定解），只要能保持五颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的基准站的数据链，移动站便可随时给出厘米级定位结果。

4 全站仪无棱镜测距的优缺点

⑴无棱镜测距对角度测量的精度无显著影响，激光束到达直角棱镜表面时，也经表面折射到棱镜中心的反射面，由于圆棱镜都有一个常数，所以和棱镜测量模式下的测量结果相差一个常数。

⑵物体表面的反射能力足够强，且信号足够稳定，物体表面的粗糙程度对测量数据的影响并不明显。除特殊颜色(黑色)外，材料颜色对测距精度的影响不明显。但颜色越浅，物体的反射信号越强，对测距越有利。

⑶无棱镜全站仪测距性能可靠，一般情况下，其稳定性与测值精度和仪器的标称指标相一致。

⑷由于各种因素的影响，激光束的实际光斑可能会比理论光斑大（只有在理想的情况下有可能一样大），因此，在穿越障碍物测量时，必须有足够的可视空间，以避免障碍物反射光对测距结果产生影响。

⑸测量物体折角时,实际所得的距离为测站到等效平面的距离，因此，在工程测量中，应尽量避免瞄准折角点，特别是角度非常小的尖角，其测距误差可能会很大。

⑹免棱镜反射测距和测量距离关系密切，当测量距离小于10m时，其误差小于1mm，大于50m时误差达到1.5mm。

5 RTK的局限性

最主要的局限性其实不在于RTK本身，而是源于整个GNSS系统。如前所述，GNSS依靠的是接收两万多公里高空的卫星发射来的无线电信号。相对而言，这些信号频率高、信号弱，不易穿透可能阻挡卫星和GNSS接收机之间视线的障碍物。事实上，存在于GNSS接收机和卫星之间路径上的任何物体都会对系统的操作产生不良影响。有些物体如房屋，会完全屏蔽卫星信号。因此,GNSS不能在室内使用。同样原因,GNSS也不能在隧道内或水下使用。有些物体如树木会部分阻挡、反射或折射信号。GNSS信号的接收在树林茂密的地区会很差。树林中有时会有足够的信号来计算概略位置，但信号清晰度难以达到厘米水平的精确定位。因此，RTK在林区作业有一定的局限性。这并不是说，GNSS-RTK只适用于四周空间开阔的地区。RTK测量在部分障碍的地区也可以是有效而精确的。其奥秘是能观测到足够的卫星来精确可靠地实现定位。由于现在我国的北斗、美国的GNSS以及gelonas的应用，使RTK测量在任何时间、任何地区，都可能会有7到20颗GNSS卫星用于RTK测量。从而大大提高了RTK的锁星速度，这样就大大减弱了地物对RTK的遮挡，在遮挡不是太严重的地方都可以做到快速锁定卫星，大大提高了工作效率。

6 航空摄影测量特点

航空摄影测量解决了大面积成图问题，但以目前的技术手段一些要求精度质量比较高的还无法满足要求，一些存在地物遮挡的地区还无法解决。

7 结论

航空摄影测量与RTK、全站仪联合测绘地形图可以优劣互补，如果仅用航空摄影测量，现场刺点矫正无法解决，有遮挡地方无法解决；如果仅用全站仪进行数字化测图,就必须建立图根控制网,这样须投入大量的时间、人力、财力;如仅用RTK测图,可以省去建立图根控制这个中间环节,节省大量的时间、人力和财力,同时还可以全天侯地观测。但由于卫星的截止高度角必须大于13°～15°,它在遇到高大建筑物或在树下时,就很难接收到卫星和无线电信号,也就无法进行测量；如果用航空摄影测量与RTK、全站仪联合测图,上述弊端就可以克服。

采用全数字摄影测量工作站（JX-4、航天远景等）进行立体采集数据，采集时，必须采用空三加密成果导入，恢复立体模型的方法进行作业，对于平地图幅测绘高程和等高线时，立体像对应由作业员本人采用全野外像控点立体定向，并与外业测绘的GNSS高程点进行校核，解决大面积测图问题，立体下隐蔽区域与新增地物或个别有技术要求无法满足的，采用GNSS-RTK与全站仪联合作业，这样可以大大加快测量速度,提高工作效率。

综上所述,采用航空摄影测量与RTK、全站仪联合进行数字测图,不仅可以减少作业人员和作业工序,而且可以提高采集数据的速度和质量,从而有效地提高了工作效率。因此,它是一种行之有效的测图方法。

航空摄影测量与GNSS、全站仪在测量中的联合应用，使作业员的作业难度减轻，作业效率提高。作业精度也得到了提高，它是测绘领域向前发展的必然，是历史发展的必然。

[1]高占云.全站仪功能的使用与开发利用研究[J].内蒙古农业大学学报，2005，（4）.

[2]于水.无棱镜测距技术测距精度分析与研究.新疆有色金属，2013，（3）.

[3]于水.全站仪无棱镜测距功能的应用.新疆有色金属，2009，（1）.

[4]任庆慧.无反射棱镜全站仪及其在工程测量中的应用[J].铁道勘察，2005，（1）.

[5]、顾孝烈，鲍峰，程效军.测量学[M].上海:同济大学出版社,1999.

[6]杨瑞芳，等.对无棱镜测距全站仪的几点思考[J].平顶山工学院学报，2007，（4）.

[7]徐绍铨，等.GPS测量原理与应用[M].武汉：武汉大学出版社,2005．